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Automatic Transcription of Bass Guitar Tracks applied for Music Genre Classification and Sound Synthesis
Musiksignale bestehen in der Regel aus einer Überlagerung mehrerer
Einzelinstrumente. Die meisten existierenden Algorithmen zur automatischen
Transkription und Analyse von Musikaufnahmen im Forschungsfeld des Music
Information Retrieval (MIR) versuchen, semantische Information direkt aus
diesen gemischten Signalen zu extrahieren. In den letzten Jahren wurde
häufig beobachtet, dass die Leistungsfähigkeit dieser Algorithmen durch
die Signalüberlagerungen und den daraus resultierenden Informationsverlust
generell limitiert ist. Ein möglicher Lösungsansatz besteht darin,
mittels Verfahren der Quellentrennung die beteiligten Instrumente vor der
Analyse klanglich zu isolieren. Die Leistungsfähigkeit dieser Algorithmen
ist zum aktuellen Stand der Technik jedoch nicht immer ausreichend, um eine
sehr gute Trennung der Einzelquellen zu ermöglichen. In dieser Arbeit
werden daher ausschließlich isolierte Instrumentalaufnahmen untersucht,
die klanglich nicht von anderen Instrumenten überlagert sind. Exemplarisch
werden anhand der elektrischen Bassgitarre auf die Klangerzeugung dieses
Instrumentes hin spezialisierte Analyse- und Klangsynthesealgorithmen
entwickelt und evaluiert.Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird ein
Algorithmus vorgestellt, der eine automatische Transkription von
Bassgitarrenaufnahmen durchführt. Dabei wird das Audiosignal durch
verschiedene Klangereignisse beschrieben, welche den gespielten Noten auf
dem Instrument entsprechen. Neben den üblichen Notenparametern Anfang,
Dauer, Lautstärke und Tonhöhe werden dabei auch instrumentenspezifische
Parameter wie die verwendeten Spieltechniken sowie die Saiten- und Bundlage
auf dem Instrument automatisch extrahiert. Evaluationsexperimente anhand
zweier neu erstellter Audiodatensätze belegen, dass der vorgestellte
Transkriptionsalgorithmus auf einem Datensatz von realistischen
Bassgitarrenaufnahmen eine höhere Erkennungsgenauigkeit erreichen kann als
drei existierende Algorithmen aus dem Stand der Technik. Die Schätzung der
instrumentenspezifischen Parameter kann insbesondere für isolierte
Einzelnoten mit einer hohen Güte durchgeführt werden.Im zweiten Teil der
Arbeit wird untersucht, wie aus einer Notendarstellung typischer sich
wieder- holender Basslinien auf das Musikgenre geschlossen werden kann.
Dabei werden Audiomerkmale extrahiert, welche verschiedene tonale,
rhythmische, und strukturelle Eigenschaften von Basslinien quantitativ
beschreiben. Mit Hilfe eines neu erstellten Datensatzes von 520 typischen
Basslinien aus 13 verschiedenen Musikgenres wurden drei verschiedene
Ansätze für die automatische Genreklassifikation verglichen. Dabei zeigte
sich, dass mit Hilfe eines regelbasierten Klassifikationsverfahrens nur
Anhand der Analyse der Basslinie eines Musikstückes bereits eine mittlere
Erkennungsrate von 64,8 % erreicht werden konnte.Die Re-synthese der
originalen Bassspuren basierend auf den extrahierten Notenparametern wird
im dritten Teil der Arbeit untersucht. Dabei wird ein neuer
Audiosynthesealgorithmus vorgestellt, der basierend auf dem Prinzip des
Physical Modeling verschiedene Aspekte der für die Bassgitarre
charakteristische Klangerzeugung wie Saitenanregung, Dämpfung, Kollision
zwischen Saite und Bund sowie dem Tonabnehmerverhalten nachbildet.
Weiterhin wird ein parametrischerAudiokodierungsansatz diskutiert, der es
erlaubt, Bassgitarrenspuren nur anhand der ermittel- ten notenweisen
Parameter zu übertragen um sie auf Dekoderseite wieder zu
resynthetisieren. Die Ergebnisse mehrerer Hötest belegen, dass der
vorgeschlagene Synthesealgorithmus eine Re- Synthese von
Bassgitarrenaufnahmen mit einer besseren Klangqualität ermöglicht als die
Übertragung der Audiodaten mit existierenden Audiokodierungsverfahren, die
auf sehr geringe Bitraten ein gestellt sind.Music recordings most often consist of multiple instrument signals, which
overlap in time and frequency. In the field of Music Information Retrieval
(MIR), existing algorithms for the automatic transcription and analysis of
music recordings aim to extract semantic information from mixed audio
signals. In the last years, it was frequently observed that the algorithm
performance is limited due to the signal interference and the resulting
loss of information. One common approach to solve this problem is to first
apply source separation algorithms to isolate the present musical
instrument signals before analyzing them individually. The performance of
source separation algorithms strongly depends on the number of instruments
as well as on the amount of spectral overlap.In this thesis, isolated
instrumental tracks are analyzed in order to circumvent the challenges of
source separation. Instead, the focus is on the development of
instrument-centered signal processing algorithms for music transcription,
musical analysis, as well as sound synthesis. The electric bass guitar is
chosen as an example instrument. Its sound production principles are
closely investigated and considered in the algorithmic design.In the first
part of this thesis, an automatic music transcription algorithm for
electric bass guitar recordings will be presented. The audio signal is
interpreted as a sequence of sound events, which are described by various
parameters. In addition to the conventionally used score-level parameters
note onset, duration, loudness, and pitch, instrument-specific parameters
such as the applied instrument playing techniques and the geometric
position on the instrument fretboard will be extracted. Different
evaluation experiments confirmed that the proposed transcription algorithm
outperformed three state-of-the-art bass transcription algorithms for the
transcription of realistic bass guitar recordings. The estimation of the
instrument-level parameters works with high accuracy, in particular for
isolated note samples.In the second part of the thesis, it will be
investigated, whether the sole analysis of the bassline of a music piece
allows to automatically classify its music genre. Different score-based
audio features will be proposed that allow to quantify tonal, rhythmic, and
structural properties of basslines. Based on a novel data set of 520
bassline transcriptions from 13 different music genres, three approaches
for music genre classification were compared. A rule-based classification
system could achieve a mean class accuracy of 64.8 % by only taking
features into account that were extracted from the bassline of a music
piece.The re-synthesis of a bass guitar recordings using the previously
extracted note parameters will be studied in the third part of this thesis.
Based on the physical modeling of string instruments, a novel sound
synthesis algorithm tailored to the electric bass guitar will be presented.
The algorithm mimics different aspects of the instrument’s sound
production mechanism such as string excitement, string damping, string-fret
collision, and the influence of the electro-magnetic pickup. Furthermore, a
parametric audio coding approach will be discussed that allows to encode
and transmit bass guitar tracks with a significantly smaller bit rate than
conventional audio coding algorithms do. The results of different listening
tests confirmed that a higher perceptual quality can be achieved if the
original bass guitar recordings are encoded and re-synthesized using the
proposed parametric audio codec instead of being encoded using conventional
audio codecs at very low bit rate settings
DDSP-based Neural Waveform Synthesis of Polyphonic Guitar Performance from String-wise MIDI Input
We explore the use of neural synthesis for acoustic guitar from string-wise
MIDI input. We propose four different systems and compare them with both
objective metrics and subjective evaluation against natural audio and a
sample-based baseline. We iteratively develop these four systems by making
various considerations on the architecture and intermediate tasks, such as
predicting pitch and loudness control features. We find that formulating the
control feature prediction task as a classification task rather than a
regression task yields better results. Furthermore, we find that our simplest
proposed system, which directly predicts synthesis parameters from MIDI input
performs the best out of the four proposed systems. Audio examples are
available at https://erl-j.github.io/neural-guitar-web-supplement
Player–Instrument Interaction Models for Digital Waveguide Synthesis of Guitar: Touch and Collisions
Adversarial Guitar Amplifier Modelling With Unpaired Data
We propose an audio effects processing framework that learns to emulate a
target electric guitar tone from a recording. We train a deep neural network
using an adversarial approach, with the goal of transforming the timbre of a
guitar, into the timbre of another guitar after audio effects processing has
been applied, for example, by a guitar amplifier. The model training requires
no paired data, and the resulting model emulates the target timbre well whilst
being capable of real-time processing on a modern personal computer. To verify
our approach we present two experiments, one which carries out unpaired
training using paired data, allowing us to monitor training via objective
metrics, and another that uses fully unpaired data, corresponding to a
realistic scenario where a user wants to emulate a guitar timbre only using
audio data from a recording. Our listening test results confirm that the models
are perceptually convincing
16th Sound and Music Computing Conference SMC 2019 (28–31 May 2019, Malaga, Spain)
The 16th Sound and Music Computing Conference (SMC 2019) took place in Malaga, Spain, 28-31 May 2019 and it was organized by the Application of Information and Communication Technologies Research group (ATIC) of the University of Malaga (UMA). The SMC 2019 associated Summer School took place 25-28 May 2019. The First International Day of Women in Inclusive Engineering, Sound and Music Computing Research (WiSMC 2019) took place on 28 May 2019. The SMC 2019 TOPICS OF INTEREST included a wide selection of topics related to acoustics, psychoacoustics, music, technology for music, audio analysis, musicology, sonification, music games, machine learning, serious games, immersive audio, sound synthesis, etc
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